變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電設(shè)備。它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運行帶來嚴(yán)重的影響?，F(xiàn)代生產(chǎn)的變壓器，雖然結(jié)構(gòu)可靠，故障機會較少，但在實際運行中，仍有可能發(fā)生各種類型故障和異常運行，同時大容量的變壓器又是十分重的設(shè)備，因此，為了保證電力系統(tǒng)安全連續(xù)地運行，并將故障和異常運行對電力系統(tǒng)的影響限制到最小范圍，必須根據(jù)變壓器容量大小、電壓等因素裝設(shè)必要的、動作可靠的繼電保護(hù)裝置。變壓器的故障類型主要有：1、油箱內(nèi)故障：包括繞組的相間短路、接地短路、匠間短路以及鐵心的燒損等，這些故障將產(chǎn)生電弧，燒壞繞組絕緣及鐵心，引起絕緣材料及變壓器油的強烈氣化，甚至造成油箱的爆炸。2、油箱外的故障：主要是套管和引出線上發(fā)生相間短路、接地短路等。變壓器的不正常運行狀態(tài)主要有：1、由于變壓器外部相間短路引起的過電流和中性點過電壓；2、由于負(fù)荷超過額定容量而引起的過負(fù)荷。3、由于漏油等原因而引起的油面降低。根據(jù)以上故障類型和不正常運行狀態(tài)，應(yīng)裝設(shè)下列保護(hù)裝置：1、瓦斯保護(hù)：反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部故障和油面降低的保護(hù)，容量為800KVA及以上的油浸式變壓器，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。當(dāng)油箱內(nèi)部故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時，保護(hù)裝置應(yīng)瞬時動作于信號；當(dāng)產(chǎn)生大量的瓦斯時，瓦斯保護(hù)應(yīng)動作于斷開變壓器各電源側(cè)斷路器。2、縱聯(lián)差動保護(hù)：反應(yīng)變壓器繞組和引出線的相間短路的保護(hù)，對其中性點直接接地側(cè)繞組和引出線的接地短路以及繞組匝間短路能起保護(hù)作用。且容量為6300KVA及以上的廠用工作變壓器和并列運行的變壓器、10000KVA及以上廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器、以及2000KVA及以上用電流速斷保護(hù)靈敏性不符合要求的變壓器應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護(hù)。3、復(fù)合電壓閉鎖過電流保護(hù)：反應(yīng)外部相間短路引起的變壓器過電流的保護(hù)。宜用于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器及過電流保護(hù)不符合靈敏性要求的降壓變壓器。保護(hù)動作后，應(yīng)帶時限動作于跳閘。4、零序過電流保護(hù)：外部接地短路時的保護(hù)，110KV及以上中性點直接接地電網(wǎng)中，如果變壓器中性點可能接地運行，對于兩側(cè)或三側(cè)電源的升壓變壓器或降壓變壓器上應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)，作為變壓器主保護(hù)的后備保護(hù)，并作為其他元件的后備保護(hù)。5、過負(fù)荷保護(hù)：對于400KVA及以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺并列運行或單運行并作為其他負(fù)荷的備用電源時，應(yīng)根據(jù)可能過負(fù)荷的情況裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。保護(hù)接于一相電流上，延時作用于信號。8-2瓦斯保護(hù)一、瓦斯保護(hù)：當(dāng)在變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，由于故障點電流和電弧的作用，將使變壓器油及其它絕緣材料因局部受熱而分解產(chǎn)生氣體，因氣體比較輕，它們將從油箱流向油枕的上部，。當(dāng)故障嚴(yán)重時，油會迅速膨脹并產(chǎn)生大量的氣體，此時將有劇烈的氣體夾雜著油流沖向油枕的上部。利用油箱內(nèi)部故障時的這一特點，可以構(gòu)成反應(yīng)于上述氣體而動作的保護(hù)裝置，稱為瓦斯保護(hù)。保護(hù)裝置由排出氣體的數(shù)量和速度直接反應(yīng)變壓器故障的性質(zhì)和嚴(yán)重程度，分重瓦斯和輕瓦斯。保護(hù)裝置接線由信號回路和跳閘回路組成，變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，繼電器觸點閉合，發(fā)出瞬時“輕瓦斯動作”信號。變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時，油箱內(nèi)產(chǎn)生大量的氣體，強烈的油流沖擊擋板，繼電器觸點閉合，發(fā)出重瓦斯跳閘脈沖，跳開變壓器各側(cè)斷路器，因重瓦斯繼電器觸點有可能瞬時接通，故跳閘回路中一般要加自保持回路。變壓器嚴(yán)重漏油使油面降低時，繼電器動作，同樣發(fā)出“輕瓦斯動作”信號。1、瓦斯保護(hù)的整定一般瓦斯氣體容積整定范圍為250-300cm3變壓器容量在10000KVA以上時，一般正常整定值為250cm3,氣體容積整定值是利用調(diào)節(jié)重錘的位置來改變的。2、重瓦斯保護(hù)油流速度重瓦斯保護(hù)動作的油流速度整定范圍為0.6-1.5m/s，在整定流速時均以導(dǎo)油管中的流速為準(zhǔn)，而不依據(jù)繼電器處的流速。根據(jù)運行經(jīng)驗，管中的油流速度整定為0.6-1m/sJ時，保護(hù)反映變壓器內(nèi)部故障是相當(dāng)靈敏的。但是，在變壓器外部故障時，由于穿越性故障電流的影響，在導(dǎo)油管中的流速為準(zhǔn)約為0.4-0.5m/s。因此，為發(fā)防止穿越性故障時瓦斯保護(hù)誤動作，可將油流速度整定范圍為1m/s。8-3縱聯(lián)差動保護(hù)瓦斯保護(hù)雖然可以快速而靈敏地反應(yīng)變壓器的各種故障，但卻不能保護(hù)套管和引出線等油箱外部的故障，因此，在容量較大的電力變壓器上，幾乎毫無例外地都裝有縱差動保護(hù)?？v差動保護(hù)和瓦斯保護(hù)均屬于變壓器的主保護(hù)，它們配合使用的結(jié)果，使保護(hù)的性能更加全面、更為完善。變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)在正常運行和外部故障時，理想情況下，流入差動繼電器的電流等于零。但實際上由于變壓器的勵磁電流、接線方式和電流互感器誤差等因素的影響，變壓器差動保護(hù)的不平衡電流遠(yuǎn)比發(fā)電機差動保護(hù)的大，，變壓器差動保護(hù)需要解決的主要問題是采取各種措施避越不平衡電流的影響，在滿足選擇性的條件下，還要保證在內(nèi)部故障時有足夠的靈敏系數(shù)和速動性。一、三繞組變壓器差動保護(hù)分析：1、為保證動作的選擇性，保護(hù)裝置的動作電流必須躲過外部短路時的最大不平衡電流和勵磁電流。但不平衡電流要比普通變壓器大，為提高保護(hù)的靈敏度，大多數(shù)情況都采用制動特性的差動保護(hù)。2、變壓器的接線組別不同時，其兩側(cè)的電流相位關(guān)系也不同，這時，即使變壓器兩側(cè)電流互感器的二次電流的大小相等，也會在差動回路中產(chǎn)生不平衡電流，為消除這種不平衡電流的影響，通常采用相位補償?shù)姆椒?，即將變壓器星形接線一側(cè)電流互感器的二次繞組接成三角形，而將變壓器角形接線一側(cè)電流互感器的二次繞組接成星形，便將電流互感器二次電流的相位校正過來。3、由于電流互感器不能按需要選擇，出現(xiàn)電流互感器的計算變比與實際變比不相符的問題，以致在差動回路中產(chǎn)生不平衡電流，所以可利用BCH型差動繼電器中的平衡繞組，通過磁勢平衡的原理來消除這種不平衡電流的影響。4、對于多繞組變壓器，當(dāng)采用BCH-2型差動保護(hù)不能滿足靈敏度要求時，用BCH-1型。一、采用BCH-1型的差動保護(hù)的整定計算1、計算變壓器各側(cè)歸算至同一容量的一次額定電流，選擇保護(hù)用電流互感器的變比，并計算其二次回路額定電流。采用110KV側(cè)為基本側(cè)，有關(guān)參數(shù)8-1。表8-1額定電壓(KV)1153710.5額定電流(A)2517802749變壓器繞組YY△電流互感器接線△△Y計算變流比251xj3_435551351/52749/5選電流互感器變比600/52500/55000/5各臂額定電流(A)251x的qq*=痢2.72.752、計算短路電流：計算結(jié)果如下：3、確定制動線圈的接入方式：將制動線線圈接到10.5側(cè)，因為在該側(cè)發(fā)生外部短路時，流過變壓器的穿越性短路電流和流過保護(hù)裝置的不平衡電流為最大。4、確定保護(hù)裝置的一次動作電流：、躲過變壓器的最大勵磁電流Idz=KkXIe=1.5X251=3765A、躲過35KV側(cè)外部短路時的最大不平衡電流：式中I=K(KKf+△U+Af)1(3)/n=1.3(1X1X0.1+0.5+0.05)X6.24X103X37/115=520AdZkzqtxwcphdmaxl式中Kk——取1.3；AU——取0.05；Ktl同型系數(shù)，型號不同，Ktx=1;(——非周期分量引起的誤差，，0.1;fWC——容許最大相對誤差，取0.1；fPh——繼電器平衡線圈相對誤差，取0.05；、躲過電流互感器二次回路斷線的最大負(fù)荷電流：Idz=KkIe=1.3X251=326.3A則j：^護(hù)裝置基本側(cè)的動作電流?。篒dz.b=520A4了確定差動繼電器的動作電流和基本側(cè)差動線圈匝數(shù)。、差動繼電器的動作電流：IdzJjb=KjxXIdzjb/nlh=志X520)/(600/5)=7.51A基本側(cè)差動線圈計算匝數(shù)Ncdjs=(IN)o/Idz由=60/7.51=7.99匝：基本側(cè)差動線圈實際匝數(shù)為7匝。、繼電器的實際動作電流為：Idz=(7.51/V3)X(600/5)=520.3A5、確定其它側(cè)工作線圈及平衡線圈匝數(shù)。(1)、(1)、35KV側(cè)平衡線圈的計算匝數(shù)為：N.=(I.-I.)XN/I.=(3.62-2.70)X7/2.70=2.39匝ph.jz35e2.110e2.35ct.ze2.35選用Nphjz.35=2匝。(2)10氣KV側(cè)平衡線圈計算匝數(shù)：N.=(I.-I.)XN/I.=(3.62-2.75)X7/2.75=2.21匝ph.jz10.5e2.110e2.10.5cd.ze2.10.5選用LU"2匝實際工作線圈匝數(shù)為：N.=N..+N=2+7=9匝gz10.5phz10.5cd.js6、計算由于整定匠數(shù)與計算匝數(shù)不等使二次電流不能完全平衡而產(chǎn)生的相對誤差：Af.=(N.-N.)/(N.+N)=(2.39-2)/(2.39+7)=0.042ph35ph.js35ph.z35ph.js35cd.jsAf.=(N.-N)/(N.+N)=(2.21-2)/(2.21+7)=0.023ph10.5ph.js10.5ph.z.10.5ph.js10.5cd.js由此可知，實際誤差均小于假定值符合0.05，符合要求。7、確定動系數(shù)和制動線圈的匝數(shù)制動系數(shù)按躲過10.5KV側(cè)外部短路的最大不平衡電流選擇，即:Kz.h=Kk(、Xfwc+△uii0+Aui05+Afph.105)=1.3X(1X0.1+0.05+0.05+0.023)=0.29制動線圈匝數(shù):Nzh=(KzhXNg.105)/n=0.29X9/0.9=2.9匝制動線圈的實際整定匝數(shù)選為：Nzhz=3匝這時制動線圈匝數(shù)的實際值為：Nzhz=KzhXNzhz/Nzh=0.29X3/2.9=0.38了校驗保護(hù)裝置的靈敏度、在系統(tǒng)最小運行方式下：當(dāng)35KV側(cè)發(fā)生兩相短路時，保護(hù)裝置的靈敏度最低，此時計算工作安匝(IN)g=I.XN=KXI2XN/N.=2X<3X6.048X103X7)/(2500/5)g35cd.jsjxd.mincd.jslh35=127安匝當(dāng)35KV側(cè)故障時，制動線圈內(nèi)無短路電流，只需計負(fù)荷電流的制動作用，此時計算制動安匝:(IN.)zh=KxXIe.105XNzh.z/Nlh105=1X2749X3/5000/5=8.2安匝由BCH-1型繼電器制動打性線可知:"^當(dāng)(IN)zh=8.2安匝時，(IN)dz.j=60安匝，Klm=(IN)g/(IN)dz.j=127/60=2.12、在系統(tǒng)最小運行方式下，當(dāng)110KV側(cè)單相接地短路時，(IN)g=Ig.110XNcd.js=KjxXI3dminXNcdjs/Nlh.110頊X(1/J3)X9X108X103X7X(1/2)/(6000/5)=265.7安匝(IN)zh=8.2安匝時，(IN)d.z.j=60安匝K=(IN)g/(IN)dz.jlm=265.7/60=4.4由以上計算可知，靈敏系數(shù)Klm>2，由此可見裝設(shè)BCH-1型可滿足要求。8-4變壓器的復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)一、三繞組變壓器過流保護(hù)分析1、三繞組變壓器當(dāng)外部短路時，過流保護(hù)應(yīng)保證有選擇性的只斷開直接供給故障點短路電流那一側(cè)的斷路器，從而使另外兩側(cè)繞組仍然可以繼續(xù)工作。2、在兩側(cè)電源的三繞組變壓器上，應(yīng)當(dāng)在三側(cè)都裝設(shè)過電流保護(hù)，而且在動作時限最小的一側(cè)加方向元件，以保證動作的選擇性，在裝設(shè)方向元件后，還應(yīng)采取措施，保證在變壓器內(nèi)部故障時能起后備作用。3、為提高保護(hù)的靈敏度，以及簡化接線，裝設(shè)復(fù)合電壓起動的過流保護(hù)。二、復(fù)合電壓起動的過流保護(hù)整定在變壓器的三側(cè)均裝設(shè)有復(fù)合電壓起動的過流保護(hù)1、保護(hù)裝置的動作電流Idziio=Kk/KfXIebiio=1.2/0.85X251=354.4AIdz'35=Kk/KfXIeb35=1.2/780=1101.2AIdz.io5=Kk/Kfx[bio5=1.2/O.85X2749=3880.9A2、.10繼電器的動作電流為Idz.jiio=Idziio/ni=354.4/(600/5)=2.95AIdz.j35=Idz35/ni=1101.2/(25OO/5)=2.2OAIdz.jio5=Idzio5/n]=388O.9/(5000/5)=6.47A3、負(fù)序電壓繼電器起動電壓，按躲過正常運行的不平衡電壓整定。、一次側(cè)整定電壓Udziio=O.O6Ue=O.O6X115=6.9KVUdz.35=0.06X37=2.22KVUdz；o5=O.O6X1O.5=O.63Kv、二次側(cè)整定電壓Udz?j.110=Udz.110/ny=6.9X103/(110000/100)=6.27VUdz.j35=Udz35/n=2.22X103/(35000/100)=6.34VUdz.jio5=Udz.io5/n=0.63X103/(10500/100)=6V4、各側(cè)最小兩相短路電流"，y110Kv側(cè)：I(2)min=35.16KA35Kv側(cè)：I(2)min=5.20KA10.5Kv側(cè)：I(2)min=7.51KA5、各側(cè)靈敏度校驗：110Kv側(cè)：Kim=I(2)miniio/Idz.11Om=7.51X103/354.4=21.1935Kv側(cè)：％=I⑵min35/Idz.35m=5.20X103/1101.2=4.7210.5Kv側(cè)：Kim=I⑵minio5/Idz.1O.5m.=35.16X103/3880.9=9.05由以上計算可知：靈敏度滿足Kim>26、動作時限整定"考慮到發(fā)電機動作保護(hù)時間一般為4S，故變壓器保護(hù)動作時間為3.5S。8-5零序過電流保護(hù)在大接地電流系統(tǒng)，為防止母線和引線上的接地短路，在三側(cè)都有電源而中性點接地的變壓器上，一般裝設(shè)零序過電流保護(hù)，作為相鄰元件及變壓器本身主保護(hù)的后備。零序過電流保護(hù)的整定原則(1)、零序電流保護(hù)的后備段在靈敏度上相配合：dz.ophfzh.odz.xl.o式中：Kph——配合系數(shù)，取1.1-1.2Kfzho——零序電流分支系數(shù)，等于出線零序電流保護(hù)后備段保護(hù)范范圍末端接地短路時，流過本保護(hù)的零序電流與流過線路零序保護(hù)的零序電流之比：應(yīng)取值為最大的運行方式進(jìn)行計算。Idz.xl.o——出線零序電流保護(hù)后備段動作電流。(2)、與中性點不接地運行的變壓器的零序電壓元件在靈敏度上相配合，當(dāng)零序電壓元件處于動作邊緣時的動作電流為Idz.o=KphX3Io.js=KphXUdz.o/Xo.b式中：Kph——配合系數(shù)，取為1.1。Xo.b——被保護(hù)變壓器的零序電抗。Io.js當(dāng)零序電壓處于動作邊緣時，流過被保護(hù)變壓器的零序電流。靈敏系數(shù)校驗原則：Klm=3Id.o/Idz.o式中：Ido——在最小運行方式下，當(dāng)出線末端金屬性短路時，流過保護(hù)安裝處的零序電流。"動作時限整定：td「2S8-6過負(fù)荷保護(hù)變壓器的過負(fù)荷電流，在大多數(shù)情況下都是三相對稱的，過負(fù)荷保護(hù)只要接往入一電流，用一個電流繼電器來實現(xiàn)。過負(fù)荷保護(hù)通常通過延時作用于信號。過負(fù)荷保護(hù)的動作電流，按躲過額定電流來整定：Idz=Kk/KfXIe式中：Kk——可靠系數(shù)，取1.05Kf——返回系數(shù)，取0.85Ie——保護(hù)安裝處的額定電流、高壓側(cè)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)Idz=Kk/KfXIe=1.05/0.8X251=329.4AIdz.j=Idz/n110=329.4/(600/5)=2.745中壓側(cè)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)Idz=Kk/KfXIe=1.05/0.85X780=963.5AIdz.j=Idz/n35=963.5/(1500/5)=3.212A低壓側(cè)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)Idz=Kk/KfXIe=1.05/0.85X2749=3395.8AIdz.j=Idz/n105=3395.8/(3000/5)=5.66A靈敏系數(shù)校驗.(1)、高壓側(cè)：Klm=Id(2)min/Idz=[8.672X103X(f'3/2)]/329.4=22.8(2)、中壓側(cè):Klm=Id(2)min/Idz=[6.01X103X(t'3/2)]/963.5=5.4、低壓側(cè)：Klm=Id(2)min/Idz=[40.598X103X(*3/2)]/5.66=6212由以上計算表明，所裝保護(hù)均滿足靈敏度要求，動作時限整定：td「10S變壓器總接線說明縱差動保護(hù)由BCH-1型差動繼電器1CJ、2CJ、3CJ和信號繼電器1XJ組成，是變壓器內(nèi)部短路的主保護(hù)，其保護(hù)范圍包括電流互感器1LH、5LH和10LH之間的區(qū)域。保護(hù)動作后，通過出口中間繼電器BCJ使三側(cè)斷路器1DL、2DL和3DL瞬時跳閘。、瓦斯保護(hù)：是變壓器油箱內(nèi)部所有故障的主保護(hù)，由瓦斯WSJ、信號繼電器2XJ及XJ等組成，輕瓦斯接點僅作用信號：重瓦斯接點則可動作于變壓器三側(cè)斷路器瞬時跳閘，也可通過切換片QP切換于動作信號。、零序保護(hù)：是110KV側(cè)接地故障的后備保護(hù)，由反應(yīng)3I0的電流繼電器LJ0、反應(yīng)于3U0的電壓繼電器YJ0、時間繼電器1SJ以及信號繼電器4XJ和8XJ等組成，設(shè)橋式接線中的另一臺變壓器中性點不接地，而被保護(hù)變壓器的中性點接地。當(dāng)發(fā)生單相接地短路時，LJ0與YJ0動作并1起動SJ，1SJ以較小的時限斷開另一臺變壓器中性點不接地的變壓器；如果接地故障仍然存在，則以較長的時限斷開之臺中性點接地變壓器的所在三側(cè)斷路器。、過電流保護(hù)：為外部及內(nèi)部相間故障的后備保護(hù)，在高、中、低壓三側(cè)分別裝設(shè)。110KV側(cè)采用的是復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)，由電壓繼電器1YJ、負(fù)序電壓繼電器1FYJ、中間繼電器1YZJ、電流繼電器1LJ、2LJ、3LJ以及時間繼電器2SJ、信號繼電器5XJ等組成。電流繼電器按三相星形接線接在110KV側(cè)的電流互感器2LH上。1YJ和1FYJ分別為對稱短路與不對稱短路的電壓起動元件，接在110KV側(cè)的電壓互感器上，它們均通過中間繼電器1YZJ來實現(xiàn)。保護(hù)動作后，經(jīng)2SJ的整定時限動作本側(cè)斷路器1DL跳閘。35KV側(cè)的過流保護(hù)有兩套，一套是帶方向元件的，采用了兩相不完全星形接線，為外部短路的后備保護(hù)；一套是不帶方向元件的，采用兩相三繼電器式接線，為內(nèi)部短路時的后備保護(hù)